第四章第三節(jié) 空氣除菌

第四章第三節(jié)空氣除菌第一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五氧氣氮?dú)舛栊詺怏w二氧化碳水蒸氣氣態(tài)物質(zhì)的混合物懸浮在空氣中的灰塵構(gòu)成地殼的無(wú)機(jī)物質(zhì)顆粒煙灰植物花粉種類(lèi)繁多的細(xì)菌和其他微生物空氣（即大氣）第二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣中常見(jiàn)微生物種類(lèi)及大小微生物寬/μm長(zhǎng)/μm產(chǎn)氣桿菌1.0～1.51.0～2.5蠟狀芽孢桿菌1.3～2.08.1～25.8普通變形桿菌0.5～1.01.0～3.0地衣芽孢桿菌0.5～0.71.8～3.3巨大芽孢桿菌0.9～2.12.0～10.0蕈狀芽孢桿菌0.6～1.61.6～13.6枯草芽孢桿菌0.5～1.11.6～4.8金黃色小球菌0.5～1.00.5～1.0酵母菌3.0～5.05.0～19.0病毒0.0015～0.2250.0015～0.28霉?fàn)罘种U菌0.6～1.61.6～13.6空氣中微生物的數(shù)量與環(huán)境有密切關(guān)系。一般干燥寒冷的北方，空氣中含微生物量較少，而濕潤(rùn)溫暖的南方空氣中含微生物較多；城市空氣中的微生物含量(103-104個(gè)/m3)比人口稀少的農(nóng)村多；地平面空氣中微生物含量比高空多。微生物的分布：第三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣滅菌的必要性

好氧微生物在培養(yǎng)過(guò)程中，其生長(zhǎng)、繁殖、代謝均需要大量氧氣的參與；所需氧氣通常是以空氣的形式提供的。空氣中含大量的各類(lèi)微生物，如果隨空氣一同進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)，便會(huì)在合適的條件下大量繁殖，與目的菌株競(jìng)爭(zhēng)性消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生各種副產(chǎn)物，從而干擾或破壞純種培養(yǎng)過(guò)程的正常進(jìn)行，甚至使培養(yǎng)過(guò)程徹底失敗導(dǎo)致倒罐。因此空氣的滅菌是好氧培養(yǎng)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。第四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五熱滅菌法靜電除菌介質(zhì)過(guò)濾除菌法一、空氣除菌的方法各種不同的培養(yǎng)過(guò)程，鑒于其所用菌種的生長(zhǎng)能力強(qiáng)弱、生長(zhǎng)速率的快慢、培養(yǎng)周期的長(zhǎng)短以及培養(yǎng)基中pH值差異，對(duì)空氣滅菌的要求也不相同。所以，對(duì)空氣滅菌的要求應(yīng)根據(jù)具體情況而定。一般可按10-3的染菌概率，即在1000次培養(yǎng)過(guò)程中，只允許一次是由于空氣滅菌不徹底而造成染菌，致使培養(yǎng)過(guò)程失敗。空氣凈化的方法大致有以下幾種：第五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.熱滅菌法基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。它與培養(yǎng)基的加熱滅菌相比，雖都是加熱法把微生物殺死，但兩者的本質(zhì)是有區(qū)別的。鑒于空氣在進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般均需用壓縮機(jī)壓縮，提高壓力，所以，空氣熱滅菌時(shí)所需的溫度，就不必用蒸汽或其他載熱體加熱，而可直接利用空氣壓縮時(shí)的溫度升高來(lái)實(shí)現(xiàn)。空氣經(jīng)壓縮后溫度可升到200℃以上，保持一定時(shí)間后，便可實(shí)現(xiàn)干熱殺菌。第六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五近年來(lái)一些工廠已使用靜電除塵除去空氣中的水霧、油霧、塵埃，同時(shí)也除去了空氣中的微生物。靜電除菌時(shí)是利用靜電引力來(lái)吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多數(shù)帶有不同的電荷，沒(méi)有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離成帶電顆粒。對(duì)于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當(dāng)產(chǎn)生的引力等于或小于微粒布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量時(shí)，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵滅菌對(duì)很小的微粒效率較低。2.靜電除菌第八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五過(guò)濾除菌法是讓含菌空氣通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無(wú)菌空氣的方法。通過(guò)過(guò)濾除菌處理的空氣可達(dá)到無(wú)菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供好氧培養(yǎng)過(guò)程之用。該法廣泛應(yīng)用，是獲得大量無(wú)菌空氣的常規(guī)方法，在生產(chǎn)中使用最多。3.介質(zhì)過(guò)濾除菌法第十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五按過(guò)濾機(jī)制的不同絕對(duì)過(guò)濾利用微孔濾膜，其孔隙小于0.5甚至0.1μm，將空氣中的細(xì)菌濾除，從而獲得無(wú)菌空氣。

深層介質(zhì)過(guò)濾由多種介質(zhì)組成過(guò)濾層，濾層較深，空隙較大，靠靜電、擴(kuò)散、慣性和阻截作用等將細(xì)菌截留在濾層中，從而獲得無(wú)菌空氣。第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五二、空氣的深層過(guò)濾除菌原理和介質(zhì)空氣的過(guò)濾除菌原理布朗擴(kuò)散截留作用攔截截留作用慣性撞擊截留作用重力沉降作用靜電吸引作用第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.慣性沖擊滯留作用機(jī)理

當(dāng)氣流前進(jìn)時(shí)遇到前面的阻礙物而突然改變方向，但顆粒由于慣性力的作用仍然沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與纖維碰撞而附著在纖維表面，此顆粒就被捕集了。

2.攔截滯留作用機(jī)理

當(dāng)氣速降至臨界速度以下時(shí)，慣性沖擊作用已不存在，然而存在著另一種作用，即攔截作用來(lái)捕集微粒。這是因?yàn)轭w粒緊緊地隨著氣流流動(dòng)，氣流改變流向時(shí)顆粒也跟著改變方向，當(dāng)顆粒與纖維表面接觸時(shí)就捕集了。第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.布朗擴(kuò)散滯留作用機(jī)理有些直徑微小的微粒在很慢的氣速下作不規(guī)則的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這就是布朗擴(kuò)散。小顆粒呈布朗運(yùn)動(dòng)而發(fā)生位移，當(dāng)它與纖維接觸就附著于纖維表面而被捕集了。布朗擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)距離很短，在流速和纖維間隙大的條件下不起作用，當(dāng)微粒擴(kuò)散的距離x大于微粒離纖維表面的距離，則微粒會(huì)由于布朗擴(kuò)散作用的存在，增加了纖維的截流作用。布朗擴(kuò)散作用于微粒和纖維直徑有關(guān)，并與流速成反比，在流速很小時(shí)，是介質(zhì)過(guò)濾除菌的重要作用機(jī)理之一。第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五●4.重力沉降作用機(jī)理微粒受到兩種力重力氣流拖帶力，當(dāng)氣流速度很小時(shí)，才會(huì)表現(xiàn)出重力沉降的作用●5.靜電吸附作用機(jī)理

微生物帶有與過(guò)濾介質(zhì)表面相反的電荷；或介質(zhì)表面有感應(yīng)電荷，使微生物被吸附。第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五過(guò)濾除菌機(jī)制隨著流速的不同，起重要作用的機(jī)制也不同。當(dāng)氣流速度較大時(shí)，慣性撞擊起主要作用。表現(xiàn)在隨著流速的增加，除菌效率也增加。當(dāng)氣流速度較小時(shí)，擴(kuò)散起主要作用，表現(xiàn)在隨速度的增加而降低。當(dāng)氣流速度中等時(shí)，截流起主要作用。表現(xiàn)在氣流速度增大，除菌效率下降。第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣的過(guò)濾除菌原理在過(guò)濾除菌中，有時(shí)很難分辨上述各種機(jī)理各自所作貢獻(xiàn)的大小。隨著參數(shù)的變化，各種作用之間有著復(fù)雜的關(guān)系，目前還未能作準(zhǔn)確的理論計(jì)算。一般認(rèn)為慣性撞擊截留、攔截截留和布朗運(yùn)動(dòng)截留的作用較大，而重力和靜電引力的作用則很小。氣流速度小：布朗擴(kuò)散截留和攔截截留顯著氣流速度大：慣性撞擊截留作用顯著第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣的過(guò)濾除菌原理對(duì)數(shù)穿透定律：表示穿透的菌數(shù)與原菌數(shù)之比的對(duì)數(shù)值與介質(zhì)厚度成正比。c，c0——進(jìn)、出空氣的菌濃度，個(gè)/m3；N0，N——一定體積空氣在除菌前后的總菌數(shù)，個(gè)；K——除菌常數(shù)，m-1；L——過(guò)濾介質(zhì)厚度，m。=-KLcc0NN0ln=ln第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣過(guò)濾除菌的介質(zhì)用于空氣過(guò)濾的過(guò)濾介質(zhì)有纖維狀物或顆粒狀物、過(guò)濾紙、微孔濾膜等各種類(lèi)型。（1）紙類(lèi)過(guò)濾介質(zhì)玻璃纖維紙屬于深層過(guò)濾技術(shù)。以質(zhì)量較好的無(wú)堿玻璃采用噴吹法制成直徑很小的纖維(Φ1-1.5μm)，由于纖維特別細(xì)小，故不宜散裝填充，而采用造紙的方法作成0.25-1mm厚的纖維紙。一般應(yīng)用時(shí)需將3～6張濾紙疊在一起使用。玻璃纖維紙很薄，纖維間的孔隙為1～1.5μm，厚度約為0.25-0.4mm，密度為2600kg/m3，堆積密度為384kg/m3，填充率為14.8％。優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾效率高，對(duì)于>0.3μm的顆粒的去除率為99.99％以上，同時(shí)阻力比較小，壓降較小。缺點(diǎn)：強(qiáng)度不大，特別時(shí)受潮后強(qiáng)度更差。為了增加強(qiáng)度，在紙漿中加入7-50％的木漿。第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣過(guò)濾除菌的介質(zhì)（2）纖維狀或顆粒狀過(guò)濾介質(zhì)棉花。常用的過(guò)濾介質(zhì)，通常使用脫脂棉，有彈性，纖維長(zhǎng)度適中。一般填充密度為130～150kg/m3，填充率為8.5～10％。玻璃纖維。纖維直徑小，不易折斷，過(guò)濾效果好。纖維直徑約為5～19μm，填充密度為130～280kg/m3，填充率為5～11％?；钚蕴?。要求活性炭質(zhì)地堅(jiān)硬，不易壓碎，顆粒均勻，裝填前應(yīng)將粉末和細(xì)粒篩去。常用小圓柱體的顆?；钚蕴浚笮棣担?×10）～（3×15）mm，密度1140kg/m3，填充密度為470～530kg/m3，填充率44％。纖維狀或顆粒狀過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾除菌靠慣性、攔截、布朗運(yùn)動(dòng)、靜電引力等作用。對(duì)0.3μm以下的顆粒的過(guò)濾效率為99％，需要多次過(guò)濾。缺點(diǎn)：體積大，占有空間大，操作困難，裝填介質(zhì)時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，介質(zhì)裝填的松緊程度不易掌握，空氣壓降大，介質(zhì)滅菌和吹干耗用大量蒸汽和空氣，另外更換玻璃纖維類(lèi)介質(zhì)時(shí)碎沫飛揚(yáng)，影響操作人員身體健康。第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五空氣過(guò)濾除菌的介質(zhì)（3）微孔濾膜類(lèi)過(guò)濾介質(zhì)微孔濾膜類(lèi)過(guò)濾介質(zhì)的空隙小于0.5μm，甚至小于0.1μm，能將空氣中細(xì)菌真正濾去，即絕對(duì)過(guò)濾。特點(diǎn)：易于控制過(guò)濾后的空氣質(zhì)量，節(jié)約能量和時(shí)間，操作簡(jiǎn)便。對(duì)空氣中的細(xì)菌和塵埃有濾除作用外，還有靜電作用。通常在空氣過(guò)濾前應(yīng)將空氣中的油、水除去，以提高此類(lèi)過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾效力和使用壽命。這一類(lèi)介質(zhì)包括纖維素脂微孔濾膜、聚四氟乙烯微孔濾膜等。第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)（1）深層棉花（活性炭、玻璃纖維）過(guò)濾器深層棉花過(guò)濾器是立式圓筒形，內(nèi)部充填過(guò)濾介質(zhì)，空氣由下向上通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌的目的。第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五填充物按下列順序安裝：金屬絲網(wǎng)和麻布的作用是使空氣均勻進(jìn)入棉花濾層。在充填介質(zhì)區(qū)間的過(guò)濾器圓筒外部有裝夾套，作用為在消毒時(shí)對(duì)過(guò)濾介質(zhì)加熱，要十分小心控制，溫度過(guò)高容易使棉花焦化而局部喪失過(guò)濾效率，甚至有燒焦著火的危險(xiǎn)。空氣一般從下部圓筒切線(xiàn)方向通入，從上部圓筒排出，出口不宜安裝在頂蓋，以免檢修時(shí)拆裝管道困難。孔板——鐵絲網(wǎng)——麻布——棉花——麻布——活性炭——麻布——棉花——麻布——鐵絲網(wǎng)——孔板第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五過(guò)濾器上方裝有安全閥、壓力表，罐底裝有排污孔，以便經(jīng)常檢查空氣冷卻是否完全，過(guò)慮介質(zhì)是否潮濕等情況。安裝介質(zhì)要求緊密均勻，壓緊要一致。彈簧壓緊裝置可以保持在一定位移范圍內(nèi)對(duì)孔板的一定壓力。第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五介質(zhì)過(guò)濾效率介質(zhì)過(guò)濾效率是指被介質(zhì)層捕集的塵埃顆粒與空氣中原有顆粒數(shù)之比。η＝N1－N2N1＝1－N2N1＝1－PN1，N2——過(guò)濾前、后空氣中的塵埃顆粒數(shù)；η——過(guò)濾效率，％；P——穿透率，即過(guò)濾后空氣中殘留顆粒數(shù)與原有顆粒數(shù)之比。一般P＝10－3，說(shuō)明介質(zhì)過(guò)濾不能長(zhǎng)期獲得100％的過(guò)濾效率，即經(jīng)過(guò)濾的空氣不是長(zhǎng)期無(wú)菌。當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值或過(guò)濾介質(zhì)使用時(shí)間長(zhǎng)，滯留的帶菌微粒就有可能穿過(guò)，所以過(guò)濾器必須定期滅菌。第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五介質(zhì)過(guò)濾效率與介質(zhì)纖維直徑關(guān)系很大，在其他條件相同時(shí)，介質(zhì)纖維直徑越小，過(guò)濾效率越高。對(duì)于相同的介質(zhì)，過(guò)濾效率與介質(zhì)濾層厚度、介質(zhì)填充密度和空氣流速有關(guān)。介質(zhì)填充厚度越高，過(guò)濾效率越高；介質(zhì)填充密度越大，過(guò)濾效率越高。影響介質(zhì)過(guò)濾效率的因素第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，選擇合適的空氣凈化流程，以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的。設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過(guò)濾器，選除菌效率高的過(guò)濾介質(zhì)。保證進(jìn)口空氣清潔度，減少進(jìn)口空氣的含菌數(shù)。方法：①加強(qiáng)生產(chǎn)場(chǎng)地的衛(wèi)生管理，減少生產(chǎn)環(huán)境空氣中的含菌數(shù)；②正確選擇進(jìn)風(fēng)口，壓縮空氣站應(yīng)設(shè)上風(fēng)口；③提高進(jìn)口空氣的采氣位置，減少菌數(shù)和塵埃數(shù)；④加強(qiáng)空氣壓縮前的預(yù)處理。降低進(jìn)入空氣過(guò)濾器的空氣相對(duì)濕度，保證過(guò)濾介質(zhì)能在干燥狀態(tài)下工作。方法：①使用無(wú)潤(rùn)滑油的空氣壓縮機(jī)；②

加強(qiáng)空氣冷卻和去油去水；③提高進(jìn)入過(guò)濾器的空氣溫度，降低其相對(duì)濕度。提高過(guò)濾除菌效率的措施第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五這是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣達(dá)到較低的相對(duì)適度下進(jìn)入過(guò)濾器，以提高過(guò)濾效率。1.兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程二、幾種典型的空氣凈化流程第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程二、幾種典型的空氣凈化流程特點(diǎn)：兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。優(yōu)點(diǎn)：能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻用水，油水分離得比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒(>20μm)，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出較小霧粒(>1μm)，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效率高的作用。通常，第一級(jí)冷卻到30～35℃，第二級(jí)冷卻到20～25℃。除水后，空氣的相對(duì)